Jeremy K. Nicholson教授是代謝組學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)和國際頂尖科學(xué)家，他于1999年提出了代謝組學(xué)（metabonomics）的定義，揭開了中心法則研究的新篇章。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，代謝組學(xué)的研究方法也發(fā)生了很多變化，在此繪譜君以Nicholson的最新研究為例，詳細(xì)梳理代謝組學(xué)的技術(shù)發(fā)展歷程，助您選擇更成熟的代謝組學(xué)方法。
01
代謝組學(xué)技術(shù)發(fā)展的三個階段
代謝組學(xué)技術(shù)發(fā)展大致可以分為三個階段，第一階段1999-2009年孕育核磁和氣質(zhì)平臺，打開了代謝物檢測的大門；第二階段2009-2019年與中心法則上游的基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)發(fā)展類似，大規(guī)模非靶向代謝組學(xué)加速代謝物的篩選與發(fā)現(xiàn)；然而故事到此卻發(fā)生了重要轉(zhuǎn)折，與上游組學(xué)技術(shù)不同，代謝物不像基因和蛋白質(zhì)由相對固定的單元重復(fù)疊加組成生物大分子，代謝物小分子種類非常豐富，人工可合成標(biāo)準(zhǔn)品，非靶向代謝組學(xué)帶來了假陽性不僅耗費巨大的時間和經(jīng)費，還使得以代謝物為靶點的臨床應(yīng)用面臨巨大困境，代謝物研究方法轉(zhuǎn)變刻不容緩！至此，代謝組學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)入第三階段2019-至今靶向代謝組學(xué)成為主流。代謝物需要從盲篩思路轉(zhuǎn)向到通過少量可準(zhǔn)確捕捉的代謝物信息來篩選有價值且可驗證的功能代謝物及pathway的研究路徑！
02
關(guān)鍵代謝組學(xué)思路轉(zhuǎn)變：非靶向→靶向定量
作為最早創(chuàng)立代謝組學(xué)研究的學(xué)者之一，賈偉教授團隊從2003年開始建立非靶向代謝組學(xué)方法，并完成了結(jié)直腸癌、白血病、肝癌等累積數(shù)萬例大樣本代謝組學(xué)分析；發(fā)現(xiàn)能夠穩(wěn)定出峰的代謝物總是在200-300個之間，大部分位于代謝通路的關(guān)鍵位置，承擔(dān)主要的代謝生物學(xué)功能[1, 2]?？紤]到代謝物的后期驗證率及臨床應(yīng)用的成功率，賈偉教授團隊綜合其在國內(nèi)外二十余年科研經(jīng)歷及同仁經(jīng)驗，厚積薄發(fā)的進(jìn)行了關(guān)鍵代謝組學(xué)思路轉(zhuǎn)變：非靶向→靶向定量，Q300靶向代謝表型試劑盒[3]應(yīng)運而生<Aanalytical Chemistry方法學(xué)文章，專利No.ZL201811223486.X，臨床注冊證：粵深械備20210363>。
03
Nicholson以科研實例印證
Q300試劑盒靶向定量結(jié)果的超強穩(wěn)定性
Nicholson團隊選擇背景復(fù)雜的疾病和非匹配性收集的樣本，應(yīng)用于從兩個不同地理位置收集的由不同生物體液組成的獨立樣本集，使用兩種液相色譜−質(zhì)譜方法（LC-MS）對代謝表型進(jìn)行靶向交叉驗證。該成果于2024年3月14日在線發(fā)表于Journal of Proteome Research，該工作使用Q300代謝表型試劑盒和膽汁酸靶向方法建立了靶向代謝表型工作平臺，論文中Nicholson先生強調(diào)了代謝組學(xué)研究共識：靶向代謝表型平臺穩(wěn)定性的重要性[6]。
●研究思路圖
不同地域、不同樣本類型的隊列樣本：
SARS-CoV-2大爆發(fā)對疾病機理的科學(xué)研究需求迫在眉睫，就會導(dǎo)致使用不匹配的方案收集樣本集，因此其也被確定為評價靶向代謝表型工作流程的理想模型。
(1) 澳大利亞:血漿、SARS-CoV-2陽性(n=20)、未感染的健康對照(n=22)和COVID-19病樣但SARS-CoV-2感染陰性(n=22)。
(2)西班牙:血清、SARS-CoV-2陽性(33例)和未感染的健康對照(39例)。
靶向代謝表型工作平臺穩(wěn)定性：
第一項檢測由賈偉教授團隊開發(fā)的Q300全定量代謝芯片試劑盒，穩(wěn)定性經(jīng)10萬例以上隊列樣本驗證，科研成果登頂Science等超150+篇，臨床轉(zhuǎn)化成果獲FDA認(rèn)證并擁有40余項發(fā)明專利；
第二項檢測針對宿主膽汁酸代謝，方法根據(jù)歐洲生物分析論壇改編自美國食品和藥物管理局，適合目的是生物分析工作流程開發(fā)和方法驗證。
23種代謝物在兩種生物體液中變化一致，驗證了作者提出的代謝表型轉(zhuǎn)化的概念。我們的研究結(jié)果強化了一種共識，使用穩(wěn)定的靶向代謝表型平臺可以為代謝表型的生物學(xué)驗證提供價值。
04
Q300試劑盒推進(jìn)人類表型組計劃
跨批次、實驗室、質(zhì)譜平臺集成驗證超強穩(wěn)定性
Q300試劑盒聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)/上海國際人類表型組研究院參與制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，評估跨批次、實驗室、平臺和組學(xué)類型集成的多組學(xué)研究準(zhǔn)確性[4, 5]。
代謝物檢測關(guān)鍵點：標(biāo)準(zhǔn)品，精密的質(zhì)譜儀器，經(jīng)驗豐富的分析化學(xué)方法開發(fā)人員，兼容不同化學(xué)性質(zhì)代謝物的普適性方法，穩(wěn)定性的靶向質(zhì)譜平臺，后三者是需要在行業(yè)內(nèi)潛心沉淀多年最有經(jīng)驗的科學(xué)家才能做到的。
05
Q300代謝表型研究行業(yè)標(biāo)桿
●麥特繪譜客戶成果–多組學(xué)聯(lián)合隊列研究高分文章利器
麥特繪譜已協(xié)助客戶發(fā)表350余篇SCI文章，累計影響因子4000+，其中IF>10的有80余篇，包括Nature、Science、Nature Biotechnology、Cell Metabolism、Cell Host & Microbe等國際頂刊。其中Q300是多組學(xué)聯(lián)合發(fā)表文章的利器，相關(guān)代表性案例：
●賈偉教授團隊–轟動學(xué)術(shù)圈的重磅科研成果
賈偉教授團隊深耕小分子代謝物分析和功能研究領(lǐng)域逾二十載，憑借一個又一個突破性的科研成果，引領(lǐng)著代謝組學(xué)科研與轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新與進(jìn)步。尤其是以Q300和膽汁酸為代表的重磅科研成果[7-14]，例如轟動學(xué)術(shù)圈的<肝病腸治>，<好吃懶做的豬為何不得糖尿病>，<高香草酸緩解抑郁癥>等等。
參考文獻(xiàn)
[1]Metabonomic study of aristolochic acid-induced nephrotoxicity in rats. Journal of proteome research, 2006.
[2]Metabolic profiling using combined GC–MS and LC–MS provides a systems understanding of aristolochic acid-induced nephrotoxicity in rat. Febs letters, 2007.
[3]A Metabolite Array Technology for Precision Medicine. Analytical Chemistry, 2021.
[4]Quartet metabolite reference materials for inter-aboratory profciency test and dataintegration of metabolomics profling. Genome Biology, 2024.
[5]Multi-omics data integration using ratio-based quantitative profiling with Quartet reference materials. Nature Biotechnology , 2023.
[6]Cross-Validation of Metabolic Phenotypes in SARS-CoV?2 Infected Subpopulations Using Targeted Liquid Chromatography−Mass Spectrometry (LC-MS). Journal of proteome research, 2024.
[7]Gut microbiota: a potential new territory for drug targeting. Nat Rev Drug Discov, 2008.
[8]Bile acid–microbiota crosstalk in gastrointestinal inflammation and carcinogenesis. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2018.
[9]Expert insights: The potential role of the gut microbiome-bile acid-brain axis in the development and progression of Alzheimer’s disease and hepatic encephalopathy. Med Res Rev, 2020.
[10]Targeting the alternative bile acid synthetic pathway for metabolic diseases. Protein Cell, 2021.
[11]Bile acid signaling in the regulation of whole body metabolic and immunological homeostasis. Sci China Life Sci, 2023.
[12]Hyocholic acid species improve glucose homeostasis through a distinct TGR5 and FXR signaling mechanism. Cell Metab, 2021.
[13]Theabrownin from Pu-erh tea attenuates hypercholesterolemia via modulation of gut microbiota and bile acid metabolism. Nat Commun, 2019.
[14]Gut bacteria-driven homovanillic acid alleviates depression by modulating synaptic integrity. Cell Metab, 2024.
END